I. Fundição de Investimento: A Arte da Moldagem de Precisão. A fundição de precisão (fundição de investimento) atinge a formação de precisão por meio de uma estrutura composta de material de moldagem fusível e revestimento refratário: 1. Preparação do molde: Um molde à base de cera-ou à base de resina-é feito para se assemelhar à peça em uma escala de 1:1. 2. Construção da casca: A pasta refratária (como sol de sílica + pó de corindo) é repetidamente aplicada à superfície do molde para formar 10-15 camadas de casca com uma espessura de 5-8mm. 3. Desmoldagem e Queima: O material de moldagem é removido por vapor ou óleo quente, e a carcaça é reforçada por queima de alta temperatura a 900-1050 graus . 4. Fundição: Sob proteção a vácuo ou gás inerte, liga de titânio fundido a 1650-1750 graus é injetada na carcaça. Este processo pode atingir um acabamento superficial de Ra1,6μm, precisão dimensional de grau CT4-CT5 e a taxa de utilização do material é aumentada em mais de 40% em comparação com o forjamento tradicional. É particularmente adequado para a produção de peças estruturais complexas, como pás de turbinas e juntas artificiais.
II. Os desafios da "zona proibida de materiais" na fundição de ligas de titânio: A atividade química das ligas de titânio no estado fundido leva a três grandes desafios técnicos: 1. Reação de interface: a difusão interfacial ocorre com materiais de casca comuns (como SiO₂ e Al₂O₃), formando uma -camada frágil. 2. Danos por choque térmico: a diferença instantânea de temperatura de 200-300 graus durante a fundição de titânio fundido causa rachaduras na casca. 3. Contaminação de gás: A adsorção de umidade e gás da casca leva a defeitos de porosidade na peça fundida. Estudo de caso: Na fundição de uma determinada pá de motor aero-, o revestimento tradicional de Al₂O₃ resultou em uma camada de 0,2 mm de espessura na superfície de fundição, exigindo cinco processos de usinagem adicionais para remoção, resultando em uma taxa de perda de material de até 35%.
III. Avanços inovadores em materiais de casca Com base nas características das ligas de titânio, os pesquisadores desenvolveram três tipos de sistemas especiais de materiais de casca: 1. Material representativo do sistema de material refratário carbonáceo: Grafite artificial (coque de petróleo + piche calcinado a 2.800 graus) Vantagens: • Refratariedade sob vácuo > 2.200 graus • Coeficiente de expansão térmica de apenas 2,5×10⁻⁶/grau • A resistência aumenta com a temperatura (atingindo 80MPa a 1000 graus) Limitações: • A taxa de ganho de peso de oxidação atinge 0,8mg/cm²·h (1000 graus) • A condutividade térmica chega a 80W/(m·K), causando facilmente micro-fissuras na superfície da peça fundida. Solução de melhoria: Usar um revestimento Y₂O₃ na superfície de grafite reduz a taxa de oxidação em 70%, aumentando a taxa de qualificação da peça fundida para Design de gradiente de material do sistema cerâmico de óxido 92%. 2.:
Parâmetros principais:
• Porosidade superficial < 8%
• Resistência à flexão-em altas temperaturas > 15 MPa (1.600 graus)
• Resistência ao choque térmico (resfriamento a água de 1.100 graus) > 20 ciclos
Efeito da aplicação: Na fundição de um revestimento intermediário para um determinado tipo de motor aero-, o uso deste sistema melhorou a precisão dimensional da peça fundida de ±0,3 mm para ±0,1 mm e reduziu a margem de usinagem em 60%. 3.. Solução inovadora para sistema de metal refratário: • Revestimento superior: utiliza pó de tungstênio (tamanho de partícula D50=5μm) + sistema sol de ítrio, alcançando um nível de estabilidade química de 9 (0-10). • Reforço da Camada Traseira: A estrutura de reforço em malha de molibdênio aumenta a resistência ao impacto da carcaça em 3 vezes. Avanços técnicos: • Depois de entrar em contato com a liga de titânio TC4 a 1700 graus por 240 segundos, a espessura da camada de reação da interface é<15μm. • The casting surface roughness Ra is <0.8μm, achieving a mirror finish. Typical Application: Casting of artificial acetabular cups in the biomedical field, achieving "near-net-shape forming" without the need for subsequent polishing.
A fundição de precisão em liga de titânio, também conhecida como método de fundição por cera perdida, envolve criar um molde de cera, cobri-lo com material refratário, aquecer para remover a cera, despejar titânio fundido e, em seguida, resfriar para obter peças de liga de titânio de alta{1}}precisão. Essa tecnologia é particularmente adequada para fabricar componentes de formato-complexo com requisitos de alta precisão, como pás de turbinas para motores-aéreos e juntas artificiais, reduzindo significativamente o desperdício de material e a usinagem subsequente.
Fluxo do processo principal:
Preparação do Molde: Crie um molde de investimento 1:1 da peça usando cera ou resina.
Construção da casca: Aplique repetidamente pasta refratária (como sol de sílica com pó de corindo) ao molde de revestimento para formar uma casca de 10 a 15 camadas, com 5 a 8 mm de espessura.
Desmoldagem e Queima: Remova o molde de cera usando vapor ou óleo quente e, em seguida, queime a casca em alta temperatura de 900-1050 graus.
Derramamento: Despeje a liga de titânio fundido a 1650-1750 graus sob vácuo ou proteção com gás inerte.
Vantagens Técnicas:
Alta precisão: A precisão dimensional atinge o nível CT4-CT5, acabamento superficial Ra1,6μm.
Alta utilização de material: Mais de 40% maior que o forjamento tradicional.
Adequado para peças complexas: capaz de fundir peças com paredes-finas e estruturas-complexas.
Aplicações Industriais
Aeroespacial: Componentes de motores de aeronaves, peças estruturais aeroespaciais.
Biomédica: Articulações artificiais, próteses dentárias.
Outros campos: hélices de navios, peças estruturais de mísseis, etc.
Desafios e avanços tecnológicos
Desafios: A alta reatividade do titânio fundido torna-o propenso a reagir com o invólucro do molde para formar uma camada quebradiça e também pode rachar ou desenvolver porosidade devido ao choque térmico.
Avanços: Novos materiais, como moldes reforçados com malha de molibdênio e moldes de cerâmica de óxido (como óxido de zircônio), foram desenvolvidos, melhorando a qualidade e o desempenho das peças fundidas.
Tendências Futuras
A tecnologia está se desenvolvendo em direção a soluções de menor custo, maior qualidade e mais ecologicamente corretas. Novos materiais e otimização de processos (como simulação de gêmeos digitais) são áreas-chave e as aplicações futuras serão ainda mais amplas.
